Fermentation - LF)
Lên men chìm là quá trình nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường lỏng, tất cả các chất dinh dưỡng có trong môi trường cho sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình lên men phải ngập nước. Các yếu tố cần kiểm soát trong lên men chìm là: nhiệt độ, pH, tốc độ khuấy, nồng độ oxy...Các hợp chất hoạt tính sinh học được tiết ra trong môi trường lên men. Cơ chất trong quá trình lên men được sử dụng khá nhanh do đó cần phải được thay thế hoặc bổ sung chất dinh dưỡng liên tục (Subramaniyam & cs., 2012). Lên men chìm là phương pháp được sử dụng phổ biến trong quy trình lên men công nghiệp vì có thể kiểm soát được toàn bộ các thông số của quá trình lên men, do đó có thể lên men lớn với thể tích thay đổi từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn lít.
a. Ưu nhược điểm của lên men chìm
So với phương pháp lên men bề mặt rắn, thì lên men chìm có nhiều ưu điểm đó là: Tốn ít diện tích, vi sinh vật chỉ cần nuôi cấy trong một thiết bị với thể tích lớn, diện tích mặt thoáng nhỏ, do đó việc kiểm soát độ vô trùng tốt, dễ dàng kiểm soát được toàn bộ quy trình, dễcơ giới hóa và tựđộng hóa trong quá trình theo dõi, ít cần sử dụng nhân lực và đảm bảo độ đồng nhất của sản phẩm (do chúng cùng được thu từ một thiết bị).
Tuy nhiên phương pháp lên men chìm có một sốnhược điểm như sau: Đòi hỏi đầu tư nhiều kinh phí cho trang thiết bị. Trong lên men chìm cần phải khuấy và sục khí liên tục vì vi sinh vật chỉ sử dụng được ôxy hoà tan trong môi trường. Khí được nén qua một hệ thống lọc sạch tạp trùng, hệ thống này tương đối phức tạp và dễ gây nhiễm cho môi trường nuôi cấy. Nếu một mẻ lên men vì một lý do
nào đó bị xử lý thì không thể xử lý cục bộđược, đa phần phải hủy bỏ cả quá trình lên men, gây tốn kém lớn. Phế liệu của quá trình lên men thải ra phải kèm theo công nghệ xử lý chống ô nhiễm môi trường.
b. Vi sinh vật sử dụng trong lên men chìm
Phương pháp này dùng cho cả vi sinh vật kị khí và hiếu khí. Đối với nuôi vi sinh vật kị khí trong quá trình nuôi không cần sục khí chỉ thỉnh thoảng khuấy trộn còn với vi sinh vật hiếu khí thì phải sục khí liên tục. Đây là phương pháp hiện đại đã được dùng trong khoảng nửa cuối thế kỉ XX và cho kết quả rất to lớn đối với công nghệ vi sinh.
c. Cơ chất sử dụng trong lên men chìm
Một sốcơ chất phổ biến được sử dụng trong quá trình lên men chìm là các loại đường hòa tan, rỉ mật, các loại môi trường lỏng, nước ép trái cây, rau quả, và nước thải
d. Các yếu tốảnh hưởng đên lên men chìm
Nuôi cấy chìm hay nuôi cấy bềsâu dùng môi trường dịch thể. Chủng vi sinh vật cấy vào môi trường được phân tán khắp mọi điểm và chung quanh bề mặt tế bào được tiếp xúc với dịch dinh dưỡng. Đặc điểm này đòi hỏi trong suốt quá trình nuôi cấy phải khuấy và cung cấp ôxy bằng cách sục khí liên tục.
Ngày nay phương pháp nuôi cấy chìm được dùng phổ biến trong công nghệ vi sinh để sản xuất men bánh mì, protein đơn bào, các chế phẩm vi sinh làm phân bón, thuốc trừ sâu, các enzyme, các acid amin, vitamin, các chất kháng sinh, các chất kích thích sinh học v.v...
Lên men xốp được đánh giá là con đường tốt nhất để sản xuất enzyme và các sản phẩm bền nhiệt khác. Lên men xốp ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong nghiên cứu vì những ứng dụng mang tính thực tiễn và kinh tế của nó. Lên men xốp được dùng trong công nghiệp chế biến và sản xuất thực phẩm chủ yếu là lĩnh vực sản xuất các loại hương liệu, sản xuất enzyme (a- amylase, fructosyl transferase, lipase, pectinase, xylanase), các acid hữu cơ (acid lactic, acid citric) và các loại kẹo cao su. Trước đây, trong sản xuất enzyme người ta thường sử dụng kỹ thuật lên men dịch thể. Tuy nhiên, khi tiến hành so sánh hiệu quả của các loại hình lên men, người ta thấy hàm lượng enzyme vi sinh vật có thể sinh ra trong lên men xốp cao hơn nhiều lần so với trong lên men dịch thể khi sử dụng cùng một chủng vi sinh vật trong cùng điều kiện lên men (Zambare, 2010).